1.4实验：验证动量守恒定律（24张PPT）
文档属性
| 名称 | 1.4实验：验证动量守恒定律（24张PPT） |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 682.6KB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-02-12 11:08:29 | ||
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文档简介
(共26张PPT)
第一章 动量守恒定律
1.4 实验：验证动量守恒定律
目
录
CONTENTS
1 学习目标
2 新课讲解
3 当堂小练
1.掌握验证动量守恒定律的实验思路和实验方法；明确实验所需测量的物理量及其测量方法. （重点）
2.设计实验方案，进行数据处理，得出实验结论. （重点）
3.知道验证动量守恒定律的实验注意事项. （重点）
学习目标
一、实验目的
验证碰撞中的动量守恒。
二、实验思路
在一维碰撞(碰撞前后物体都在同一直线上运动)的情况下,令两个物体的质量分别为m1、m2,碰撞前的速度分别为v1、v2,碰撞后的速度分别为v1'、v2',如果速度的方向与设定的坐标轴的正方向一致,取正值,反之则取负值。测出m1、m2,v1、v2,v1'、v2',若m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2',那么碰撞中动量守恒。
新课讲解
三、参考案例1：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒
1.实验中物理量的测量
(1)质量的测量:用天平测量质量。
(2)速度的测量:利用公式v= ,式中Δx为滑块(挡光片)的宽度,Δt为计时器显示的滑块(挡光片)经过光电门所对应的时间。
(3)利用在滑块上增加重物的方法改变碰撞物体的质量。
2.实验方法
(1)用细线将弹簧片压缩,放置于两个滑块之间,并使它们静止,然后烧断细线,弹簧片弹开后落下,两个滑块随即向相反方向运动(图甲)。
(2)在两滑块相碰的端面上装上弹性碰撞架(图乙),可以得到能量损失很小的碰撞。
(3)在两个滑块的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥,碰撞时撞针插入橡皮泥中,把两个滑块连成一体运动(图丙),这样可以得到能量损失很大的碰撞。
【实验器材】气垫导轨(含气泵)、光电计时器、滑块(带挡光片)、弹簧片(或弹簧)、细绳、弹性碰撞架、撞针、橡皮泥等。
【实验步骤】(1)用天平测出两滑块的质量,用毫米刻度尺测出滑块上挡光片的宽度。
(2)安装好气垫导轨,调节导轨下面的调节旋钮,直到水平仪中的气泡位于中央,此时导轨水平。
(3)接通气泵的电源,向气垫导轨通入压缩空气。
(4)按照实验方法(2),把滑块2放在气垫导轨的中间,使滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮筋后释放滑块1。
(5)记录滑块1通过光电门的时间t1,碰后滑块1和滑块2依次通过光电门的时间t1'、t2。
【数据处理】
结论:碰撞前两滑块的动量之和等于碰撞后两滑块的动量之和。
【注意事项】(1)气垫导轨是一种精度较高的现代化仪器,切忌振动、重压,严防碰伤和划伤,禁止在不通气的情况下将滑块在轨面上滑动。
(2)调整气垫导轨时要利用水平仪确保导轨水平。
比较项 碰撞前 碰撞后 质量 m1 m2 m1 m2
速度 v1 v2 v1' v2'
总动量 1.实验中物理量的测量
如图所示,质量较大的小球从斜槽上固定位置滚下来,跟放在斜槽末端的另一质量较小的球发生碰撞后都做平抛运动。由平抛运动知识可知,各小球落地的时间相等。这样如果用小球的飞行时间作时间单位,那么小球飞出的水平距离在数值上就等于它的水平
四、参考案例2：研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒
速度。因此,只要分别测出两小球的质量m1、m2和不放被碰小球时入射小球在空中飞出的水平距离OP,以及入射小球与被碰小球碰撞后分别在空中飞出的水平距离OM和ON,若在实验误差允许的范围内m1OP=m1OM+m2ON,就验证了小球组成的系统碰撞前后总动量守恒。
2.实验方法
【实验器材】斜槽、铅垂线、质量不等的小球、白纸、复写纸、刻度尺、圆规、三角板、天平等。
【实验步骤】(1)用天平测出两个小球的质量,并选定质量大的小球为入射小球。
(2)按照图所示,安装实验装置。调整固定斜槽,应使斜槽末端水平,即在水平槽上放置小球,小球能够保持静止,说明槽口末端水平。
(3)在水平地面上适当位置铺放白纸,在白纸上铺放复写纸,记下铅垂线所指的位置O(斜槽末端)。
(4)不放被碰小球,让入射小球从斜槽上某固定高度滚下,重复10次。用尽可能小的圆把所有的小球落点圈在里面,圆心P就是小球落点的平均位置。
(5)把被碰小球放在斜槽末端,让入射小球从同一高度滚下,使它们发生碰撞,重复实验10次。用步骤(4)的方法,标出碰后入射小球落点的平均位置M和被碰小球的落点的平均位置N。如图所示。
(6)连接ON,测量线段OP、OM、ON的长度。将测量数据填入表中。
【数据处理】
结论:碰撞前两小球的动量之和等于碰撞后两小球的动量之和。
【注意事项】(1)斜槽末端点的切线要水平。
(2)入射小球的质量大于被碰小球的质量。
(3)每次入射小球在斜槽上同一高度自由滚下。
(4)白纸铺好后不能移动。
实验 次数 入射小球的 质量m1/g 被碰小球的 质量m2/g OP (cm) OM (cm) ON (cm) 碰前 动量 碰后
动量
1
2
1．现利用如图所示的装置验证动量守恒定律。在图中，气垫导轨上有A、B两个滑块，滑块A右侧带有弹簧片，滑块B左侧也带有一弹簧片，上面固定完全相同的遮光片，光电计时器（未完全画出）可以记录遮光片通过光电门的时间。将光电门2固定在滑块B的右侧，光电门1固定在滑块A的右侧，现给滑块A向右的初速度，使它与静止的B相碰。碰前与光电门1相连的光电计时器显示的时间是t1，碰后与光电门1相连的光电计时器显示的时间是t2，与光电门2相连的光电计时器显示的时间是t3，滑块A的质量m1，滑块B的质量m2。
当堂小练
（1）要验证碰撞中动量守恒，需要验证的表达式为_______（m1、m2、t1、t2、t3用表示）．
（2）要验证碰撞是弹性碰撞，需要验证的表达式为_______（t1、t2、t3用表示）．
（3）假设碰撞是弹性碰撞，为保证碰后A向左运动，则m1______m2（填“>”“<”或“=”）．
<
【答案】
2.某同学利用如图甲所示的实验装置“验证动量守恒定律”，两滑块A、B由气垫导轨的左右两侧开始滑动，经测量可知两滑块通过光电门1、2的遮光时间分别为 t1和 t2，两滑块碰后粘在一起，且经过一段时间第二次通过光电门2，测量可知第二次通过光电门时的遮光时间为 t。
（1）该同学利用螺旋测微器测量两遮光条的宽度时，其读数均如图乙所示，则遮光条的宽度d=________mm。
（2）两滑块第二次通过光电门2的速度是________（用d、 t表示）
（3）该同学测得两滑块A、B的质量（包括遮光条的质量）分别为m1和m2，写出动量守恒的关系式：________（用相关物理量的字母表示）
【答案】3.485（3.482—3.488）
3．利用气垫导轨通过闪光照相进行“探究碰撞中的不变量”实验.
实验所用的装置：甲图两滑块分别装有弹性圈，乙图两滑块分别装有撞针和橡皮泥。则：
（1）若实验要求研究两滑块碰撞时机械能损失最大，应选图___________（选填“甲”或“乙”）；
（2）某次实验所用两滑块A、B的质量分别为mA=0.3kg、mB=0.9kg，碰撞前B滑块静止，A滑块匀速向B滑块运动并发生碰撞，利用频闪照相的方法连续4次拍摄得到的闪光照片如图丙所示。相邻两次闪光的时间间隔为T=0.2s，在这4次闪光的过程中，A、B两滑块均在0-80cm范围内，且第1次闪光时，滑块A恰好位于x=10.0cm处.若A、B两滑块的碰撞时间及闪光持续的时间极短均可忽略不计。试根据闪光照片分析得出：
若选取水平向右为正方向，则两滑块碰撞前A的动量为___________kg.m/s.两滑块碰撞后A的动量为______kg.m/s，B的动量为__________kg.m/s.通过实验数据分析，就可以找到碰撞前后的“不变量”。
【答案】乙 0.3 -0.15 0.45
4．如图所示为“验证动量守恒定律”实验装置的示意图，下面是本实验中涉及到的部分物理量∶
h∶入射球释放时的高度
H∶小球离开斜槽末端平抛的高度
OP、OQ、OR∶平抛的水平位移
（1）在以上几个量中必须测量的是OP、OQ、__________（填表示物理量的符号）。除这些量外，实验中还应测量的物理量是入射小球的质量m1和__________（用文字表述，并明确一个表示该量的符号）。
（2）实验最终要验证的表达式为____________________。（用上边的符号表示）
（3）下列哪些做法有助于完成实验，减小实验误差__________。
A．实验前仔细调整斜槽，使其末端点的切线水平
B．让入射小球的直径大于被碰小球的直径
C．改变入射小球滑下的高度h，重复实验，通过多次测量取平均值确定水平位移
D．注意在实验中不能移动地面上所铺白纸的位置
【答案】OR 被碰小球的质量m2 AD
5．某同学用如图甲所示装置通过半径相同的A、B两球的碰撞来验证动量守恒定律。实验时先使A球从斜槽上某一固定位置G由静止开始滚下，落到位于水平地面的记录纸上，留下痕迹。重复上述操作10次，得到10个落点痕迹。再把B球放在水平槽上靠近槽末端的地方，让A球仍从位置G由静止开始滚下，和B球碰撞后，A、B球分别在记录纸上留下各自的落点痕迹．重复这种操作10次，得到了如图乙所示的三个落地点。
（1）找出各落地点的平均位置，并在如图中读出OP＝________。
（2）已知mA：mB＝2：1，碰撞过程中动量守恒，则由图可以判断出R是________球的落地点，P是________球的落地点。
（3）用题中的字母写出动量守恒定律的表达式_______________。
【答案】13.0cm B A mA·OQ＝mA·OP＋mB·OR
6．用图甲所示装置验证动量守恒定律，在长木板右端下面垫放小木片，补偿阻力。小车P的前端粘有橡皮泥，后端连着纸带。接通电源，轻推小车P使之运动，小车P运动一段时间后，与原来静止的小车Q相碰，并粘合在一起继续运动。（已知打点计时器电源频率为50 Hz）
（1）两车碰撞前后打出的纸带如图乙所示。测得小车P的质量（包含橡皮泥）mP=0.40 kg，小车Q的质量mQ=0.10 kg，由以上数据求得碰前系统总动量为___________kg·m/s，碰后系统总动量为___________kg·m/s。（均保留两位有效数字）
（2）实验结论：___________。
【答案】0.22 0.21 在误差允许的范围内，碰撞前后P、Q总动量守恒
THANKS
第一章 动量守恒定律
1.4 实验：验证动量守恒定律
目
录
CONTENTS
1 学习目标
2 新课讲解
3 当堂小练
1.掌握验证动量守恒定律的实验思路和实验方法；明确实验所需测量的物理量及其测量方法. （重点）
2.设计实验方案，进行数据处理，得出实验结论. （重点）
3.知道验证动量守恒定律的实验注意事项. （重点）
学习目标
一、实验目的
验证碰撞中的动量守恒。
二、实验思路
在一维碰撞(碰撞前后物体都在同一直线上运动)的情况下,令两个物体的质量分别为m1、m2,碰撞前的速度分别为v1、v2,碰撞后的速度分别为v1'、v2',如果速度的方向与设定的坐标轴的正方向一致,取正值,反之则取负值。测出m1、m2,v1、v2,v1'、v2',若m1v1+m2v2=m1v1'+m2v2',那么碰撞中动量守恒。
新课讲解
三、参考案例1：研究气垫导轨上滑块碰撞时的动量守恒
1.实验中物理量的测量
(1)质量的测量:用天平测量质量。
(2)速度的测量:利用公式v= ,式中Δx为滑块(挡光片)的宽度,Δt为计时器显示的滑块(挡光片)经过光电门所对应的时间。
(3)利用在滑块上增加重物的方法改变碰撞物体的质量。
2.实验方法
(1)用细线将弹簧片压缩,放置于两个滑块之间,并使它们静止,然后烧断细线,弹簧片弹开后落下,两个滑块随即向相反方向运动(图甲)。
(2)在两滑块相碰的端面上装上弹性碰撞架(图乙),可以得到能量损失很小的碰撞。
(3)在两个滑块的碰撞端分别装上撞针和橡皮泥,碰撞时撞针插入橡皮泥中,把两个滑块连成一体运动(图丙),这样可以得到能量损失很大的碰撞。
【实验器材】气垫导轨(含气泵)、光电计时器、滑块(带挡光片)、弹簧片(或弹簧)、细绳、弹性碰撞架、撞针、橡皮泥等。
【实验步骤】(1)用天平测出两滑块的质量,用毫米刻度尺测出滑块上挡光片的宽度。
(2)安装好气垫导轨,调节导轨下面的调节旋钮,直到水平仪中的气泡位于中央,此时导轨水平。
(3)接通气泵的电源,向气垫导轨通入压缩空气。
(4)按照实验方法(2),把滑块2放在气垫导轨的中间,使滑块1挤压导轨左端弹射架上的橡皮筋后释放滑块1。
(5)记录滑块1通过光电门的时间t1,碰后滑块1和滑块2依次通过光电门的时间t1'、t2。
【数据处理】
结论:碰撞前两滑块的动量之和等于碰撞后两滑块的动量之和。
【注意事项】(1)气垫导轨是一种精度较高的现代化仪器,切忌振动、重压,严防碰伤和划伤,禁止在不通气的情况下将滑块在轨面上滑动。
(2)调整气垫导轨时要利用水平仪确保导轨水平。
比较项 碰撞前 碰撞后 质量 m1 m2 m1 m2
速度 v1 v2 v1' v2'
总动量 1.实验中物理量的测量
如图所示,质量较大的小球从斜槽上固定位置滚下来,跟放在斜槽末端的另一质量较小的球发生碰撞后都做平抛运动。由平抛运动知识可知,各小球落地的时间相等。这样如果用小球的飞行时间作时间单位,那么小球飞出的水平距离在数值上就等于它的水平
四、参考案例2：研究斜槽末端小球碰撞时的动量守恒
速度。因此,只要分别测出两小球的质量m1、m2和不放被碰小球时入射小球在空中飞出的水平距离OP,以及入射小球与被碰小球碰撞后分别在空中飞出的水平距离OM和ON,若在实验误差允许的范围内m1OP=m1OM+m2ON,就验证了小球组成的系统碰撞前后总动量守恒。
2.实验方法
【实验器材】斜槽、铅垂线、质量不等的小球、白纸、复写纸、刻度尺、圆规、三角板、天平等。
【实验步骤】(1)用天平测出两个小球的质量,并选定质量大的小球为入射小球。
(2)按照图所示,安装实验装置。调整固定斜槽,应使斜槽末端水平,即在水平槽上放置小球,小球能够保持静止,说明槽口末端水平。
(3)在水平地面上适当位置铺放白纸,在白纸上铺放复写纸,记下铅垂线所指的位置O(斜槽末端)。
(4)不放被碰小球,让入射小球从斜槽上某固定高度滚下,重复10次。用尽可能小的圆把所有的小球落点圈在里面,圆心P就是小球落点的平均位置。
(5)把被碰小球放在斜槽末端,让入射小球从同一高度滚下,使它们发生碰撞,重复实验10次。用步骤(4)的方法,标出碰后入射小球落点的平均位置M和被碰小球的落点的平均位置N。如图所示。
(6)连接ON,测量线段OP、OM、ON的长度。将测量数据填入表中。
【数据处理】
结论:碰撞前两小球的动量之和等于碰撞后两小球的动量之和。
【注意事项】(1)斜槽末端点的切线要水平。
(2)入射小球的质量大于被碰小球的质量。
(3)每次入射小球在斜槽上同一高度自由滚下。
(4)白纸铺好后不能移动。
实验 次数 入射小球的 质量m1/g 被碰小球的 质量m2/g OP (cm) OM (cm) ON (cm) 碰前 动量 碰后
动量
1
2
1．现利用如图所示的装置验证动量守恒定律。在图中，气垫导轨上有A、B两个滑块，滑块A右侧带有弹簧片，滑块B左侧也带有一弹簧片，上面固定完全相同的遮光片，光电计时器（未完全画出）可以记录遮光片通过光电门的时间。将光电门2固定在滑块B的右侧，光电门1固定在滑块A的右侧，现给滑块A向右的初速度，使它与静止的B相碰。碰前与光电门1相连的光电计时器显示的时间是t1，碰后与光电门1相连的光电计时器显示的时间是t2，与光电门2相连的光电计时器显示的时间是t3，滑块A的质量m1，滑块B的质量m2。
当堂小练
（1）要验证碰撞中动量守恒，需要验证的表达式为_______（m1、m2、t1、t2、t3用表示）．
（2）要验证碰撞是弹性碰撞，需要验证的表达式为_______（t1、t2、t3用表示）．
（3）假设碰撞是弹性碰撞，为保证碰后A向左运动，则m1______m2（填“>”“<”或“=”）．
<
【答案】
2.某同学利用如图甲所示的实验装置“验证动量守恒定律”，两滑块A、B由气垫导轨的左右两侧开始滑动，经测量可知两滑块通过光电门1、2的遮光时间分别为 t1和 t2，两滑块碰后粘在一起，且经过一段时间第二次通过光电门2，测量可知第二次通过光电门时的遮光时间为 t。
（1）该同学利用螺旋测微器测量两遮光条的宽度时，其读数均如图乙所示，则遮光条的宽度d=________mm。
（2）两滑块第二次通过光电门2的速度是________（用d、 t表示）
（3）该同学测得两滑块A、B的质量（包括遮光条的质量）分别为m1和m2，写出动量守恒的关系式：________（用相关物理量的字母表示）
【答案】3.485（3.482—3.488）
3．利用气垫导轨通过闪光照相进行“探究碰撞中的不变量”实验.
实验所用的装置：甲图两滑块分别装有弹性圈，乙图两滑块分别装有撞针和橡皮泥。则：
（1）若实验要求研究两滑块碰撞时机械能损失最大，应选图___________（选填“甲”或“乙”）；
（2）某次实验所用两滑块A、B的质量分别为mA=0.3kg、mB=0.9kg，碰撞前B滑块静止，A滑块匀速向B滑块运动并发生碰撞，利用频闪照相的方法连续4次拍摄得到的闪光照片如图丙所示。相邻两次闪光的时间间隔为T=0.2s，在这4次闪光的过程中，A、B两滑块均在0-80cm范围内，且第1次闪光时，滑块A恰好位于x=10.0cm处.若A、B两滑块的碰撞时间及闪光持续的时间极短均可忽略不计。试根据闪光照片分析得出：
若选取水平向右为正方向，则两滑块碰撞前A的动量为___________kg.m/s.两滑块碰撞后A的动量为______kg.m/s，B的动量为__________kg.m/s.通过实验数据分析，就可以找到碰撞前后的“不变量”。
【答案】乙 0.3 -0.15 0.45
4．如图所示为“验证动量守恒定律”实验装置的示意图，下面是本实验中涉及到的部分物理量∶
h∶入射球释放时的高度
H∶小球离开斜槽末端平抛的高度
OP、OQ、OR∶平抛的水平位移
（1）在以上几个量中必须测量的是OP、OQ、__________（填表示物理量的符号）。除这些量外，实验中还应测量的物理量是入射小球的质量m1和__________（用文字表述，并明确一个表示该量的符号）。
（2）实验最终要验证的表达式为____________________。（用上边的符号表示）
（3）下列哪些做法有助于完成实验，减小实验误差__________。
A．实验前仔细调整斜槽，使其末端点的切线水平
B．让入射小球的直径大于被碰小球的直径
C．改变入射小球滑下的高度h，重复实验，通过多次测量取平均值确定水平位移
D．注意在实验中不能移动地面上所铺白纸的位置
【答案】OR 被碰小球的质量m2 AD
5．某同学用如图甲所示装置通过半径相同的A、B两球的碰撞来验证动量守恒定律。实验时先使A球从斜槽上某一固定位置G由静止开始滚下，落到位于水平地面的记录纸上，留下痕迹。重复上述操作10次，得到10个落点痕迹。再把B球放在水平槽上靠近槽末端的地方，让A球仍从位置G由静止开始滚下，和B球碰撞后，A、B球分别在记录纸上留下各自的落点痕迹．重复这种操作10次，得到了如图乙所示的三个落地点。
（1）找出各落地点的平均位置，并在如图中读出OP＝________。
（2）已知mA：mB＝2：1，碰撞过程中动量守恒，则由图可以判断出R是________球的落地点，P是________球的落地点。
（3）用题中的字母写出动量守恒定律的表达式_______________。
【答案】13.0cm B A mA·OQ＝mA·OP＋mB·OR
6．用图甲所示装置验证动量守恒定律，在长木板右端下面垫放小木片，补偿阻力。小车P的前端粘有橡皮泥，后端连着纸带。接通电源，轻推小车P使之运动，小车P运动一段时间后，与原来静止的小车Q相碰，并粘合在一起继续运动。（已知打点计时器电源频率为50 Hz）
（1）两车碰撞前后打出的纸带如图乙所示。测得小车P的质量（包含橡皮泥）mP=0.40 kg，小车Q的质量mQ=0.10 kg，由以上数据求得碰前系统总动量为___________kg·m/s，碰后系统总动量为___________kg·m/s。（均保留两位有效数字）
（2）实验结论：___________。
【答案】0.22 0.21 在误差允许的范围内，碰撞前后P、Q总动量守恒
THANKS